CN103107623A - 电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机（401），它具有：可旋转支承的转子（103），它具有多个转子极（107），定子（109），它具有多个朝向转子极（107）设置的定子齿（111），线圈（113）的绕组分别绕所述定子齿缠绕，其中，线圈（113）分成多个线圈组，其特征在于，在一个线圈组中至少三个线圈（113）直接彼此相邻地设置。

Description

电机

技术领域

本发明涉及一种电机，特别是同步电机。

背景技术

例如公开文献DE 10 2009 002 928 A1，或者公开文献DE 10 2009 029 065 A1公开了这种类型的电机。这种电机通常包括可旋转支承，且具有转子极的转子和具有定子齿的定子，线圈用N个匝数绕定子齿缠绕，其中N为自然数。

人们希望减少电机的制造费用。

发明内容

因此，本发明的任务是提供一种能简单制造的电机。

这个任务借助权利要求1的内容得以完成。一些有利的方案是各从属权利要求的主题。

一方面，提供电机，特别是同步电机优选无电刷的电机。电机包括转子，所述转子可旋转地支承。转子具有多个转子极，所述转子极优选地借助永久磁铁构成。此外，还设置定子，定子包括多个定子齿，其中，这些定子齿朝向转子极设置。相应地一个线圈，特别是多个线圈绕定子齿缠绕。也就是说，特别是线圈的绕组绕定子齿缠绕。其中，这些线圈分成多具线圈组，其中，一个线圈组中的至少三个，特别准确地三个线圈直接彼此相邻地设置。

也就是说，特别是本发明包括一种构思，即将绕定子的定子齿缠绕的线圈分成组，其中，至少三个同属于一个共同的线圈组的线圈直接并列或者直接彼此相邻地设置。这特别是说，这三个线圈分别绕着直接并列的，或者直接彼此相邻设置的定子齿缠绕。

按照本发明意义的分组其含意特别是，分组的线圈形成一个共同的电路。因此这些线圈组就此而言分别形成彼此分开的电路。通常在一个线圈组中线圈必须是串联。多个线圈组可以彼此并联。特别是可以说，一个线圈组的线圈的子集(Untermengen)串联。特别是将三个并列设置的线圈串联起来。

通过将一个线圈组内的至少三个线圈并列设置这一措施大大地简化了电机的制造工序。这是如下产生的。

为了产生电接触通常线圈特别是和导线框架电接触。在这方面英文专业表述采用“Lead frame”，或者专业术语“Connection bord”。其中，通常线圈的绕组端部与导线框架电连接，例如借助钎焊，或者热铆工序。那些同属一个线圈组的线圈通常必须彼此电连接。当彼此并列设置的线圈不属于同一线圈组，则每个线圈本身必须和导线框架电接触，这样，每个线圈就具有自己的与导线框架的电接触的装置。但是在此本发明规定，一个线圈组的至少三个线圈是并列设置，这样，三个线圈的相应的绕组端部可首先电连接，或者代替地特别是也可使用一个共用的线圈导线，为的是使这个线圈导线绕三个定子齿缠绕。然后这个共用的连接装置或者共同的线圈导线和导线框架电接触。因此，和现有技术相比大大地减少了与导线框架必要的电接触的数量，这大大地降低了制造费用。

本发明意义的Windung（圈）特别是指的线圈的绕组的一个圆形通道。例如当给线圈的绕组使用线圈导线时，圈数N-N是自然数—是表示这个线圈导线绕定子齿缠绕N次。圈方向特别是表示线圈导线的缠绕方向，也就是例如是按顺时针方向还是按反时针方向缠绕。

根据一种实施形式，每个线圈配属于相绕组或者马达绕且的一个相。按照本发明相例如可以是马达绕组的相。例如设置三个相。也就是说，特别是每个线圈配属于三个相中的一个相。那些配属于一个共同相的线圈优选的也分成线圈组，特别是一个线圈组的并列设置的三个线圈配属于一个相。因此以有利的方式用具有不同相的线圈减小了定子齿之间的中间区域的数量。在这些中间区域中通常存在某种风险，即由于有不同的相在相应的相之间可能出现短路。但是因为根据本发明这样中间区域的数量减少了，所以大大地降低了短路的概率，这有利地导致耐故障电机。这样一些中间区域特别是通过在单个的定子齿之间形成的定子槽形成。

按照一种实施形式可以规定，导线框架为每个相具有接线端子，借助接线端子共用相的线圈就可电接触。这特别是说，这些线圈与接线端子电连接，这样有利地足够使相和接线端子连接，为的是使相应的线圈配属于相相。通过这一措施可大大地减少相应的接触费用。接线端子特别是可设计为插头或者夹钳，用于相的相应的相连接电缆可插入到这种插头或者被夹入到这种夹钳上。在有多个接线端子时可有利地规定这些接线端子可相同或者不同地设计。

根据一种实施形式线圈和接线端子之间的电连接装置至少部分地，特别是完全或者全部地嵌入在树脂层中，其中，树脂层设置在导线框架上。这特别是说，导线框架具有树脂层，电连接装置至少部分地，特别是完全地嵌在这个树脂层中。可优选地规定，单个线圈之间的电连接装置也嵌入在树脂中。树脂层特别是可以为黑色的。优选地也可以规定，树脂层盖住相应的电连接装置。通过这一措可对电连接装置进行保护，防止外部的机械或者电的影响，这样，相应结构的电机也可在恶劣的环境中使用。电机为特别坚固地设计，可很可靠地运行。

在另一实施形式中可以规定，导线框架具有用于线圈电连接的相应的线圈接头，其中，特别是可以规定，线圈接头借助电连接装置与接线端子连接。通常这一措施产生了线圈的特别简单的接触。

线圈和线圈接头的连接例如可借助钎焊或者热铆接工序形成。

按照一种实施形式导线框架可形成为一种冲压的结构部件。这特别是说，这个导线框架可由初加工结构部件冲压制成。这种做法特别是具有这样的优点，即导线框架可特别简单，并且也可快速大批量生产。

按照另一实施形式可以规定，导线框架具有直径基本与定子的直径相当的圆形形状。通过这一措施有利地可产生特别紧凑的结构。特别是可以规定，导线框架具有基本和定子的形状相当的形状。优选地接线端子超过定子地径向向外伸出，这样可特别简单地实现接线端子的电接触。

上述有关导线框架的一些方案不应理解为是一种限制，而应理解为是示范性的。代替这种导线框架地也可以使用一般的电接触装置，借助这些电接触装置实现线圈的电接触。

在一种实施形式中，相可作为星形点电路，或者作为Delta电路彼此连接。Delta电路也可叫作三角形电路。特别是在三角形电路中，由于设置了三个线圈所以可避免在三角形电路中流动的电流中的第三阶，这可导致更小的转矩波动。此外，通过这一措施也可减小转子损失、噪音排放和制动转矩。此外，通过此措施也可大大地简化电机的控制。

按照一个实施形式代替地线圈分别具有相反的绕制方向。这特别是说，在具有一定的绕制方向的线圈之后跟着的是具有与这个一定的绕制方向相反的绕制方向的线圈。作为实例，并且为了更好地说明这一问题设置三个并列设置的线圈，其中，第一和第三线圈具有相同的绕制方向，第二或者中间的线圈具有与这个绕制方向相反的绕制方向。这有利地引起中间的线圈在有电流通过时形成一种具有与借助第一和第二线圈在有电流时形成的磁通量的极性相反的极性的磁通量。相应的磁通交联正好并未消失，这样就可形成转矩。下面将详细地说明这一点。

磁通交联特别是与磁通和N，线圈数的乘积成正比，其中，在此必须根据绕制方向考虑符号正或者负。第一线圈例如由于电流方向—它由绕制方向产生—具有径向向外指向的磁通M。然后在此磁通交联为：

F_1、线圈=(+M)*(+N)

第二线圈由于电流方向具有磁通-M，这个磁向内指向。然后磁通交联为：

F_2、线圈=(-M)*(-N)=M*N=F_1、线圈。

类似地计算第三线圈。因此，这三个相应的磁通交联是相同的，并且没有相互抵消。

上述有关三个线圈的计算类似地适用于任意数量的线圈，因此设置交变的绕制方向有利地相应产生相同的，且不会相互抵消的磁通交联。

优选地形成一个线圈组的三个线圈具有交变的绕制方向。

根据另一实施形式，至少三个线圈借助一个共同的绕组导线形成。这特别是说，使用一种绕组导线，来绕着三个相邻的定子齿缠绕三个线圈。通过这一措施可有利地进一步地减少制造费用，因为在此这三个线圈已经彼此连接，并且只是绕组导线的端部必须与导线框架接触。因此有利地进一步地减少了和导线框架接触的数量。

根据另一实施形式，电机包括18个定子齿和六个分别具有三个直接并列设置的线圈的线圈组。优选地一个线圈组的三个线圈配属于一个绕组的三个相中的一个相。这特别是说，每个线圈组配属于一个相。优选地设置第一、第二和第三相，其中，六个线圈组中的各两个分别配属于第一、第二和第三相。

按照另一实施形式配属于相应相的线圈组相对于这个相为交变构成。这特别是说，在具有一定相的线圈组的后面是另一线圈组，这个另一线圈组配属于与一定相不同的相。也就是特别地说，在三个相中，首先设置配属于第一相的第一线圈组的三个并列设置的线圈。然后接着设置配属于第二相的第二线圈组的三个并列设置的线圈。再然后设置配属于第一相的第三线圈组的三个并列设置的线圈。然后设置配属于第一相的第四线圈组的三个并列设置的线圈。然后设置配属于第二相的第五线圈组的三个并列设置的线圈。然后设置配属于第三相的第六线圈组的三个并列设置的线圈。因此有利地在具有不同相的两个线圈之间只形成6个定子槽。

附图说明

下面借助优选的实施例，并参考附图对本发明进行更加详细的说明。这些附图是：

图1：具有缠绕的线圈现有技术的电机的截面图，线圈配属于三个相中的一个相。

图2：图1的电机的截面图，其中，附加地示出另两相相的缠绕的线圈。

图3：图1的电机的线圈的电接触的简图。

图4：具有配属于三个相中的一个相的缠绕的线圈的根据本发明的电机的截面图。

图5：图4电机的截面图，其中，附加地示出另两个相的缠绕的线圈。

图6：图5的电机的线圈联接简图。

图7：图5的电机的线圈的另一联接简图。

图8：图5的电机的线圈组的星形连接。

图9：图5的电机的线圈组的三角形连接。

图10：图5的电机的线圈的电接触简图。

图11：现有技术和本发明的电机中的由单个的相形成的关于第一阶的电机力的矢量图的比较。

图12：现有技术和本发明的电机中的由单个的相形成的关于第三阶的电机力的矢量图的比较。

图13：根据转子旋转角的转矩的曲线图。

图14：根据和谐阶的相的电机力的和谐振幅的条形图。

下面相同的特征使用相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出现有技术的电机101的截面图。该电机101设计为同步电机。它包括转子103，所述转子可旋转地借助轴105支承。转子103包括14个转子极107，所述转子极借助永久磁铁108形成。

同步电机101此外还包括定子109，所述定子具有18个定子齿111。其中，这些定子齿111径向向内地朝轴105方向定向，并且面向转子极107设置。这18个定子齿111从1到18逐一编号，其中，为了方便起见将相应的编号标记在定子109的外边。这些定子齿111分别在它们的面向转子极107的端部具有加宽的区域112，这个加宽的区域也可以叫做定子齿靴。

线圈113分别绕第一、第二、第六、第十、第十一和第十五定子齿缠绕。线圈113的绕制方向借助两个具有附图标记115和117的图示部件表示，其中，具有附图标记117的部件表示，线圈113的绕组潜入到低平面中。具有附图标记115的部件表示线圈113的绕组从纸平面中出来。

在图1中画入的线圈113配属于三相绕组的一个相，并且被分成两个线圈组，第一组：位于定子齿位置1、2、6的线圈，第二组：位地定子齿位置10、11、15上的线圈。

定子109借助多个分别包括一个定子齿111的定子段125形成，其中，这些定子段125例如借助激光焊在背离转子极107的后部区域127上彼此连接。

图2示出图1的同步电机101，其中，在此，现在另一些线圈113绕相应的定子齿111缠绕。在这其中，分别一个线圈113绕一个定子齿111缠绕。类似图1地分别六个线圈113分组成一个共用的相，并且相应地配属于绕组的另外两个相。为了能更好地区分在图2中在电机101的右边画上了一个图例，这个图例示出同一相的线圈113的符号119、121和123，其中，符号119表示绕组的第一相，该相也可以叫做相A。符号121表示线圈113，其配属于绕组的第二相，其中，第二相也可以叫做相B。相应地符号123表示线圈113，该线圈配属于绕组的第三相，这个相也可叫做相C。

形成六个线圈组，这些线圈组分别具有三个线圈113，其中，这三个线圈配属于一个共同的相。在这其中，一个共用的相和一个共用的线圈组的最多两个线圈113并列地或者彼此相邻地设置。在电机101中有12个定子槽201，也就是在定子齿111之间的空隙，它们形成具有不同相的两个线圈之间的界限。这种界限例如是二和三定子齿111之间的定子槽201。也就是说在12个区域中在相应的相之间存在着短路的可能性。

图3简图示出，在图1和图2中的电机101的18个线圈113是如何地同未示出的导线框架电接触的。在这其中，附图标记301简图表示18个线圈113的相应的绕组导线。相应的绕组导线在此从1到24逐一编号。在此，这种编号用附图标记303表示。也就是说，在电导线框架上必须有24个单个的接通触点，以电接触18个线圈。

图4示出根据本发明的电机401，该电机是作为同步电机设计的。这个同步电机401除了线圈的布局以外其结构基本与图1的同步电机101类似设计。在这方面请参考有关的描述。此外，为了明白起见相同的附图标记表示相同的特征。

与现有技术的同步电机101的区别特别是在于，在根据本发明的同步电机401中，用于A相的线圈组的三个线圈113分别按三个布局并列设置。也就是说，将相A的线圈组的三个线圈并列设置。A相的第二线圈组的其它三个线圈113也是并列设置。例如可以规定，与图1和图2的电机101相比较，在定子齿6上的那里的线圈113被移动到定子齿9上，并且在定子齿15上的那里的线圈113被移动到定子齿18上。

图5示出图4的同步电机401，它具有另一些缠绕的线圈113，所述这些线圈配属于绕组的另外两个相，相B和C。为了清楚起见，单个部件都没有标明附图标记。为了能更好地区分三个相A、B和C的单个线圈113，在同步电机401的右边设置了类似于图2的图例。

三个相A、B和C中的每个相都具有6个线圈113，其中，这六个线圈中的三个线圈分别绕彼此相邻设置的定子齿111缠绕。

在这其中，在一个共同的相的三个线圈之后跟着的是与它不同的相的另三个线圈。作为在不同的相之间的界限的定子槽201的数量仅为6个。因此通过些措施有利地大大地减少了相短路的概率。

如图5也特别清楚地示出，相应的线圈在相应的定子齿位置1到18中具有交变的绕制方向。这特别是说，在定子齿位置1、3、5、7、9、11、13、15和17中的线圈具有一种绕制方向，这个绕制方向与位于定子齿位置2、4、6、8、10、12、14、16和18上的线圈的绕制方向相反。

图6示出图5的电机401的相同相的线圈113的联接简图。一个线圈组的相应线圈是串联的。A1和A2，B1和B2以及C1和C2表示串联电路的各个电接头，其中，A、B和C涉及三个相。在三个串联电路中的编号1到18涉及相应的定子齿位置。

相A包括两个线圈组，这两个线圈组包括定子齿位置上的线圈，第一组包括线圈18、1、2；第二组包括线圈9、10和11。

相B包括两个线圈组，这两个线圈线包括定子齿位置上的线圈，第一组包括线圈6、7、8，第二组包括线圈15、16和17。

相C包括两个线圈组，这两个线圈组包括定子齿位置上的线圈，第一组包括线圈3、4、5，第二组包括线圈12、13和14。

线圈旁边画出的点在此与前面的有附图标记115的附图相类似地表示，因为在这一部位相应线圈的绕组是从纸平面中出来的，因此表明了线圈绕组的绕制方向。

为了简单起见在定子这位置“X”的线圈也可以叫作“X”线圈、其中X相当于相应的编号。

图7示出图5的电机401的同一相的线圈的另一联接的简图。使用了如图6中相同的附图标记，因此在可参考有关的描述。线圈组的各三个线圈串联，其中，两个串联电路，也就是两个线圈组又在相应的接头A1、A2、B1、B2和C1、C2之间并联。

类似图6地形成相应相A、B和C的两个线圈组。

在相A中线圈18、1和2组成一个线圈组。线圈9、10和11组成另一线圈组。这两个线圈组在接头A1和A2之间并联。

在相B中线圈6、7和8组成一个线圈组。线圈15、16和17组成另一线圈组。这两个线圈组在接头B1和B2之间并联。

在相C中线圈3、4和5组成一个线圈组。线圈12、13和14组成另一线圈组。这两个线圈组在接头C1和C2之间并联。

也就是说，通常是一个线圈组的各三个并列设置的线圈串联，其中，然后，这两个串联电路彼此并联（图7），或者彼此串联（图6）。

特别是可以规定，在图7所示的布局中与图6所示的线圈布局相比线圈具有两倍的绕组数。

图8简图示出，为了形成三个相A、B和C的星形电路相A、B和C的相应的接头是如何地彼此连接的。

图9简图示出，为了形成三个相A、B和C的三角形电路相A、B和C的相应的接头是如何地彼此连接的。

图10类似于图3地简图示出，图4和图5中的电机401的18个线圈113是如何地和未示出的导线框架电接触的。在这其中，附图标记1001简图表示相A的线圈的相应的绕组导线。附图标记1003简图表示相C的线圈的相应的绕组导线。附图标记1005简图表示相B的线圈的相应的绕组导线。在此相应的绕组导线端部以1到12进行编号。在此，编号也用附图标记303表示。也就是说，为了电接触18个线圈在电导线框架上需要有12个单个电触头。因此，与在图1和图2中已公开的电机101相比较大大地降低了制造费用。

图11示出在按照现有技术（左边矢量图）和按照本发明（右边矢量图）的电机中用于由单个的相形成的电动力（EMK），也就是涉及第一阶，也就是基本相的单个的EMK矢量的矢量图的比较。由于在根据本发明的三个布局中的每个相的两个线圈的位置变化，所以基本波的绕组区系数K_d1从0.960（现有技术）下降到0.844（本发明）（减小12%）。这就是说，在相电流相同时使用本发明时的平均转矩比现有技术小12%。优选地在根据本发明的电机中使用更高的相电流，和/或规定增大电的长度，以平衡较小的绕线区系数。

图12示出已公开电机（左边）和根据本发明电机（右边）的第三谐波相的EMK矢量。由于根据本发明的按三个布局的每个相的两个线圈的位置变化，所以第三谐波的绕组区系数K_d3从0.667（现有技术）减小到0（本发明）。当三相绕组和三角形电路连接时这是特别有利的，因为在三角形中流动的电流—这种电流通过相的第三谐波EMK触发—被中断。通常在汽车领域多使用三角形电路，因为与星形电路相比它可使用更细的导线，这种导线可更容易缠绕，并且导致绕线填充系数更高。

通过中断三角形电路中的电流可避免铜损（/^2*R-损耗）的提高、电机效率的减小和产生制动力矩，它们是通过流过的电流产生的。第二，也可避免在三角形电路中流过电流的其它的负面效应，例如转子损耗的提高、转矩波动的提高、噪音或者排放的提高以及电机控制方面的困难。

图13示出在两个极距（360/7o）的转子旋转角上每单元（P.E）的转矩的曲线。附图标记1301表示已公开的电机的曲线。附图标记1303表示根据本发明的电机的曲线。在这其中，曲线1303曾向曲线1301标准化。从图中可看出，在根据本发明的电机中平均转矩减小12%，然而与现有技术相比根据本发明的电机的转矩波动减小21%。此外，在此还需注意的是，对于在图13中所示的曲线来说，还有其它影响转矩的因素，例如潜在地在三角形电路中流过的电流未予以考虑，因此，现有技术中的转矩波动可能要比图13中示出的还要高得多。

图14示出已公开的电机（具有附图标记1401的条形图）和根据本发明的电机（具有附图标记1403的条形图）中的相EMK谐波的振幅图。这个振幅是按已公开的电机的基波振荡标准化的。图14示出与现有技术相比在根据本发明的电机中基波振荡减小了12%，并且完全消除了第三高次谐波。

上述方案不应只局限于具有18个转子齿和14个转子极的三相的同步电机。也可以规定多于或者少于18个定子齿，和/或多于或者少于14个转子极。

总而言之，本发明特别是建议了一种三个分组的线圈的三个布局的新的绕组结构。通过这种结构减少了绕组和导线框架之间的连接装置的数量，并且减少了定子槽的数量，所述定子槽形成不同相的线圈之间的界限，所以在此不同相的线圈侧被此之间是面对面设置的，并且通过这种结构可消除在EMK相中的第三谐波，通过这一措施可有利地消除在三角形电路中流动的第三谐波电流，当绕组具有三角形电路时。

Claims (11)

1.电机（401），具有：

- 可旋转支承的转子（103），它具有多个转子极（107）

- 定子（109），它具有多个朝向转子极（107）设置的定子齿（111），线圈（113）的圈分别绕所述定子齿缠绕，

- 其中，线圈（113）分成多个线圈组，

其特征在于，

- 在一个线圈组中至少三个线圈（113）直接彼此相邻地设置。

2.按照权利要求1所述的电机（401），其中，所述至少三个线圈配属于一个相。

3.按照权利要求1或2所述的电机（401），其中，所述至少三个线圈（113）是借助一条共用的绕组导线形成。

4.按照前述权利要求中的任一项所述的电机（401），其中，多个线圈组以星形电路或者三角形电路彼此连接。

5.按照前述权利要求中的任一项所述的电机（401），其中，线圈（113）分别交变地具有相反的绕制方向。

6.按照前述权利要求中的任一项所述的电机（401），其中，为了线圈（113）的电接触，导线框架具有线圈接头，线圈在线圈接头上电接触。

7.按照权利要求6和权利要求2所述的电机（401），其中，导线框架具有用于相的接线端子，并且线圈接头借助相应的电连接装置与接线端子连接。

8.按照权利要求7所述的电机（401），其中，线圈（113）和相应的接线端子之间的相应电连接装置至少部分地嵌入在导线框架的树脂层中。

9.按照引用权利要求2的前述权利中的任一项所述的电机（401），其中，18个定子齿（111）和六个线圈组分别由3个直接彼此相邻设置的线圈（113）组成，这些线圈分别配属于一个相，从而给一个相配设每个线圈组。

10.按照权利要求9所述的电机（401），其中，设置第一、第二和第三相，并且其中，分别给第一、第二和第三相各配设六个线圈组中的两个线圈组。

11.按照权利要求9或10所述的电机（401），其中，分配给相应相的线圈组关于相是交变形成的。

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